新時代能源環(huán)境下的地?zé)崮荛_發(fā)

陸靜丹

（上海市地礦工程勘察院，上海 200072）

從國家的相應(yīng)統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析可以發(fā)現(xiàn)，我國在1995年時就已經(jīng)超過歐洲和美國成為世界上二氧化硫排放量最多的國家。當(dāng)前我國的火電廠在正常供電中所產(chǎn)生的二氧化硫占到全國總排放的40%以上，該數(shù)據(jù)在逐年的上升。自20世紀(jì)90年代開始，我國因?yàn)樗嵊辍⒍趸虻任廴疚锼斐傻霓r(nóng)作物損壞等問題日益嚴(yán)重，給人們的日常生活、生命健康造成了巨大的影響，已經(jīng)成為嚴(yán)重影響社會發(fā)展的重要因素。同時，化石燃料在燃燒的過程中會產(chǎn)生大量的二氧化碳，長期影響使得全球逐漸變暖，氣候發(fā)生巨大的變化。我國二氧化碳的排放量已經(jīng)成為世界第二，占到全世界總排放的13%以上。根據(jù)行業(yè)內(nèi)專家的估算和分析，我國在未來社會發(fā)展中，二氧化碳的排放量會逐步地成為世界第一。

傳統(tǒng)能源在消耗的過程中，必然會產(chǎn)生一系列的環(huán)境污染問題，為了能夠更好地解決資源緊張、消除環(huán)境污染的問題，一方面需要合理的開發(fā)和應(yīng)用天然能源，同時要應(yīng)用先進(jìn)的設(shè)備來進(jìn)行能源利用率的提升；另一方面，要合理進(jìn)行能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

1 地?zé)崮艿慕榻B

地?zé)崮苁菑牡貧そY(jié)構(gòu)中所獲取的天然熱能，這種能量主要來源于地球內(nèi)部放射性元素不斷的衰變所釋放的熱量，通過熱力的形式存在自然界中。地球內(nèi)部的溫度可以測定的已經(jīng)達(dá)到7 000 ℃，在地表80～100 km的位置上，其溫度就會下降到650～1 200 ℃。經(jīng)過地下水的流動與熔巖涌至距離地面1～5 km的地殼位置上，熱力可以直接傳輸?shù)浇咏孛娴奈恢蒙稀８邷厝蹘r附近位置上可以進(jìn)行地下水的持續(xù)加熱，其可以滲出地面，屬于可再生資源。

根據(jù)熱資源的性質(zhì)以及存在的形式，可以分成蒸汽型、熱水型、地壓型、壓漿型等形式。前兩種可以稱之為水熱型，是目前主要使用的地?zé)豳Y源形式，而后面集中則是地?zé)豳Y源形式，地壓型地?zé)豳Y源形式雖然其生成條件不是很普遍，但是其能量的儲量巨大，并且除了熱能之外，同時還存在于甲烷類的化學(xué)能與高壓所造成的機(jī)械能。此外、地?zé)崮芤部梢匀缦路诸悾簻\層地?zé)崮埽复叵聹\部 （一般小于200 m） 巖土體、地下水和地表水中；一般溫度低于25 ℃，間接利用方式；水熱型地?zé)崮埽叵轮猩畈?（一般200～3000 m） 地下水中；溫度高于25 ℃，可分為地溫 （25～90 ℃） 、中溫 （90～150 ℃）和高溫 （大于150 ℃）；直接利用方式。干熱巖型地?zé)崮埽叵律畈?（一般大于3 000 m） 高溫巖中；溫度一般高于200 ℃；間接利用方式。

2 地?zé)崮荛_發(fā)利用的優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 地?zé)崮艿拈_發(fā)優(yōu)點(diǎn)

（1） 有些地區(qū)中可以常年使用可再生資源，且硬件使用壽命非常長。

（2） 能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化配置，降低環(huán)境污染程度。

（3） 促進(jìn)其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，具備較高綜合效益。

（4） 長期節(jié)能效率高，回報大。

2.2 地?zé)崮艿拈_發(fā)引起的環(huán)境問題

（1） 地?zé)崴羞€有一定量的有害物質(zhì)，比如氟、硼、砷、汞等物質(zhì)，同時也存在一定量的鈣、鎂離子等，長期應(yīng)用之下容易產(chǎn)生結(jié)垢的問題。對于周邊區(qū)域的污水排放效果比較差的情況，水污染的問題比較嚴(yán)重，對于地?zé)衢_發(fā)產(chǎn)生嚴(yán)重不良的影響。

（2） 地?zé)崴罅砍槿?dǎo)致地面嚴(yán)重沉降的問題。

（3） 地?zé)崮荛_發(fā)環(huán)節(jié)，會將地下大量氣體排放到空氣中，而水中存在的大量的硫化氫等物質(zhì)會對金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的腐蝕性。

（4） 只能應(yīng)用到特定區(qū)域，會導(dǎo)致枯竭的問題。

（5） 熱能系統(tǒng)前期投資比較大。

3 地?zé)崮艿拈_發(fā)利用狀況

3.1 國外地?zé)豳Y源開發(fā)利用現(xiàn)狀

地?zé)崮馨l(fā)電應(yīng)用到實(shí)踐中，其歷史可以追溯到1904年，進(jìn)入到商業(yè)開發(fā)的領(lǐng)域也有百年歷史。進(jìn)入到2005年之后，全世界范圍內(nèi)已經(jīng)有超過24個國家開始應(yīng)用地?zé)崮苓M(jìn)行發(fā)電，72個國家開始大范圍的應(yīng)用地?zé)崮埽l(fā)電量已經(jīng)達(dá)到56.95 TWh/a，地?zé)崮芾眠_(dá)75.94 TWh/a。因?yàn)榈責(zé)釤岜眉夹g(shù)的全面應(yīng)用，使得熱源溫度的利用已經(jīng)下降到12 ℃，已經(jīng)全面地改變了傳統(tǒng)的應(yīng)用方式，開發(fā)利用已經(jīng)成為常態(tài)。此時應(yīng)該注意，只要是技術(shù)和管理非常的合理，地?zé)崮茉吹睦眯Ч蜁浅：茫也粫嬖谌魏蔚奈廴締栴}，是清潔性的能源，這也是國際上地?zé)崮茉撮_發(fā)利用的主要原因。新能源中非常重要的地?zé)崮埽渑c太陽能、風(fēng)能、生物能等一樣，對當(dāng)今世界范圍內(nèi)的能源領(lǐng)域起到了非常積極的影響作用。

3.2 我國地?zé)豳Y源開發(fā)利用現(xiàn)狀

地?zé)豳Y源在我國范圍內(nèi)儲量巨大，并且不會產(chǎn)生任何的污染，隨著當(dāng)今世界上的石油、煤炭等能源逐漸地減少，地?zé)崮茉幢厝粫蔀槲磥砀淖兪澜绲哪茉矗覈責(zé)豳Y源主要是用來進(jìn)行發(fā)電以及中低溫地?zé)岬闹苯討?yīng)用。

3.2.1 地?zé)岚l(fā)電

地?zé)岚l(fā)電是當(dāng)前地?zé)崮茉蠢玫闹饕绞剑@也是首先需要使用的方式。我國高溫?zé)嵩吹睦弥饕傅氖菧囟瘸^150 ℃的地?zé)崮茉矗湟话愦嬖谟谖覈奈鞑啬喜俊⒃颇衔鞑俊⑴_灣東部等地區(qū)，當(dāng)前已經(jīng)開發(fā)和應(yīng)用的有5 500個地?zé)狳c(diǎn)，45個地?zé)崽铮涞責(zé)釡囟瘸?00 ℃。如果此時將其全部轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽瑢τ谖覈哪茉唇Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生了非常大的影響。地?zé)岚l(fā)電是目前采用地下熱水、蒸汽動力能源的主要方式，是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的新型發(fā)電施工技術(shù)，其與火力發(fā)電技術(shù)基本相同，也是能量轉(zhuǎn)換的原理，將地?zé)崮苻D(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，然后再轉(zhuǎn)化為電能直接使用。

3.2.2 地?zé)崴闹苯永?/p>

當(dāng)前我國的中低溫地?zé)崮茉粗饕沁M(jìn)行供暖、醫(yī)療保健、洗浴、休閑、農(nóng)業(yè)種植等，并且已經(jīng)開發(fā)出階梯利用方式，可以逐步地開發(fā)并且使用地?zé)崮茉础．?dāng)前我國的地?zé)崴趹?yīng)用的過程中，供熱采暖占18.0%，醫(yī)療與休閑領(lǐng)域占65.2%，農(nóng)業(yè)領(lǐng)域占9.1%，其他占7.7%。

（1） 地?zé)嶂苯庸┡．?dāng)前我國的北方城市中的冬季取暖依然是以煤炭能源為主要的能源形式，在正常使用的過程中會產(chǎn)生大量的二氧化碳、粉塵等污染物，造成巨大的環(huán)境污染問題，對城市居民造成嚴(yán)重的影響。應(yīng)用地?zé)岵膳到y(tǒng)可以通過地?zé)崮茉粗苯舆M(jìn)行供熱，不能產(chǎn)生任何的污染物，特別是在進(jìn)行傳統(tǒng)設(shè)備改造環(huán)節(jié)，利用熱交換器，地?zé)崴⒉粫苯舆M(jìn)入到供暖管道內(nèi)，將干凈的水通入到管道內(nèi)，可以防止出現(xiàn)腐蝕、結(jié)垢等問題。不僅如此，經(jīng)濟(jì)效益也是非常巨大的。應(yīng)用地?zé)徇M(jìn)行供暖，其總體費(fèi)用僅為燃油鍋爐的10%，燃煤鍋爐的20%，因此，在實(shí)際范圍內(nèi)需要加強(qiáng)地?zé)峁┡膽?yīng)用，對于我國環(huán)保事業(yè)的發(fā)展起到了積極促進(jìn)作用。

（2） 醫(yī)療保健。地?zé)崴畠?nèi)含有大量的硼、硅、鍶、氟、鋰、碘等多種礦物質(zhì)，可以應(yīng)用到醫(yī)療、保健、養(yǎng)生等領(lǐng)域中，可以進(jìn)行一定的疾病治療。目前主要應(yīng)用地?zé)崴畞磉M(jìn)行洗浴，可以促進(jìn)身體血液循環(huán)，還能夠緩解坐骨神經(jīng)痛，對于治療風(fēng)濕類疾病也有著非常好的效果。長期使用地?zé)崴M(jìn)行沐浴，可以改善人體健康狀態(tài)，促進(jìn)身體健康質(zhì)量的提升，可以提升人的身體質(zhì)量。

（3） 娛樂、旅游。采用溫泉治療的方式，主要是應(yīng)用到游泳館、嬉水樂園、康復(fù)治療中心、溫泉度假村中，成為比較時尚的娛樂休閑項(xiàng)目。

（4） 農(nóng)業(yè)溫室種植和灌溉。地?zé)崮茉词且豁?xiàng)復(fù)合型的能源，應(yīng)用到生物的反季節(jié)、異地養(yǎng)殖等領(lǐng)域有著非常好的效果。通過地?zé)崮艿姆绞娇梢越o溫室內(nèi)部進(jìn)行供暖，并且可以進(jìn)行水生植物的養(yǎng)殖，其水源中所存在的礦物質(zhì)可以給植物的生長提供必要的養(yǎng)分支持。我國的北方地區(qū)中，地?zé)崴梢赃M(jìn)行高檔水果、菌類、花卉的種植，而南方地區(qū)多數(shù)是用來育秧。從大量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析可以發(fā)現(xiàn)，全國范圍內(nèi)目前應(yīng)用的地?zé)釡厥遗c大棚面積為133 萬m2，只有河北省就已經(jīng)達(dá)到47 萬m2。通過地?zé)崴畞磉M(jìn)行灌溉，可以促進(jìn)植物的早熟，并且可以達(dá)到增產(chǎn)的效果。當(dāng)前我國的溫室種植中利用的地?zé)崮茉凑酆蠟槊阂呀?jīng)達(dá)到21.5 萬t/a，占地?zé)豳Y源年開采總量的3.4%。

（5） 余熱供暖。應(yīng)用到洗浴、娛樂等領(lǐng)域中的地?zé)崮茉匆彩欠浅Ｆ毡榈模責(zé)崴疁囟确浅８撸罅康牡責(zé)崮埽绻梢杂行У剡M(jìn)行使用，必然會產(chǎn)生更高的綜合效益。比如北京市地質(zhì)勘察技術(shù)員與清華大學(xué)聯(lián)合研發(fā)出的地?zé)岜霉嵯到y(tǒng)，其可以從熱水，甚至冷水中獲取地?zé)崮埽責(zé)崮茉吹睦寐室呀?jīng)超過80%，并且其系統(tǒng)成本比較低，對于地?zé)崮艿拈_發(fā)和利用是更加有利的。

當(dāng)前我國的地?zé)崮茉蠢靡呀?jīng)成為世界第一，但是在整個能源領(lǐng)域中所占比例僅為0.5%左右，地?zé)岚l(fā)電占到了全國總發(fā)電量的0.35%，全面的開發(fā)地?zé)崮茉慈匀皇悄壳拔覈媾R的主要問題。

（6） 淺層地溫能利用技術(shù)。地源熱泵技術(shù)主要是開發(fā)和利用淺層地?zé)崮茉矗淇梢赃M(jìn)行制冷與采暖，可以有效地替代空調(diào)系統(tǒng)。地源熱泵可以有效地利用少量的高品位能源，將地源能直接轉(zhuǎn)化成為夏季的冷卻源、冬季的采暖源，從而可以滿足改善人們生活的需要。

地源熱泵三聯(lián)供技術(shù)特點(diǎn)和創(chuàng)新性如下：

應(yīng)用地源熱泵技術(shù)可以完全地取代傳統(tǒng)的“制冷機(jī)+鍋爐”方式，全年可以節(jié)約能源40%左右，地源熱泵的制熱溫度可以達(dá)到70 ℃以上，與傳統(tǒng)的暖氣片結(jié)構(gòu)聯(lián)合使用，并不需要進(jìn)行室內(nèi)設(shè)備的改造升級；地源熱泵應(yīng)用制冷劑進(jìn)行制冷，并不會產(chǎn)生任何損壞環(huán)境的物質(zhì)。

地源熱泵技術(shù)應(yīng)用的主要工作原理就是利用地源能溫度夏季低于環(huán)境溫度、冬季高于環(huán)境溫度的特性，可以更好地實(shí)現(xiàn)制冷與制熱處理。可以更好地給人們提供良好的生活環(huán)境，其較之傳統(tǒng)的“制冷機(jī)+鍋爐”系統(tǒng)來說，能源節(jié)約可達(dá)40%。

4 結(jié)語

總而言之，在我國社會不斷發(fā)展的過程中，人們對于環(huán)保、健康問題越來越重視，社會對于優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)與發(fā)展清潔能源的需求也在與日俱增，無論作為清潔能源還是保健資源、水資源，都是具備廣闊的發(fā)展意義的，在實(shí)踐過程中，需要按照當(dāng)?shù)氐臈l件資源，進(jìn)行合理的規(guī)劃、利用，將粗放簡單的利用形式，逐漸地轉(zhuǎn)變?yōu)榧苫睦梅绞剑龠M(jìn)資源能夠有效利用。地?zé)崮茉淳邆淝鍧嵭裕强稍偕Y源，但是在應(yīng)用中需要充分考慮到各個方面，從而可以優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，促進(jìn)人類社會的和諧發(fā)展和進(jìn)步。